Hydrogenimonas thermophila

Hydrogenimonas thermophila ist die Typusart der Gattung Hydrogenimonas und der Familie Hydrogenimonadaceae [Hydrogenimonaceae] in der Ordnung Campylobacterales (Klasse Epsilonproteobacteria [„Campylobacteria“]). Es handelt sich um thermophile Bakterien, die bei thermalen Schloten im Indischen Ozean gefunden wurden.

Entdeckung

Im Rahmen des japanischen „SUGAR-Projects“ wurden systematisch Tiefseeproben entnommen und mikrobiologisch untersucht. „SUGAR-Project“ steht für „Subground Animalcule Retrieval“. Zu diesem Zweck wurde die Shinkai 6500 eingesetzt, ein bemanntes Tiefsee-U-Boot mit einer Tauchtiefe von über 2000 m. Dabei wurden Proben im Indischen Ozean im zentralindischen Rücken im Kairei Field in einer Tiefe von 2421 m in der Nähe eines schwarzen Rauchers, einer heißen Quelle am Meeresboden, entnommen. Mit einer speziellen Technik, von den Autoren ‚in situ colonization system‘ genannt, wurden die Bakterien angereichert. Nach Analyse der ribosomalen RNA wurde vermutet, dass die Proben mehrere unbekannte Arten von ε-Proteobakterien enthielten. Es konnte darunter ein als EP1-55-1% bezeichneter Bakterienstamm isoliert und charakterisiert werden, den Takai et al. als Referenzstamm der neuen Spezies Hydrogenimonas thermophila bestimmten.

Merkmale

Es handelt sich um sehr bewegliche (motile) Stäbchen-Bakterien mit einer endständigen (polaren) Geisel. Sie haben einen Durchmesser von 0,7 bis –1,0 μm und eine Länge von 1,5 bis 3,5 μm. Unter anaeroben Bedingungen in einem MMJH-Medium werden die Bakterien unbeweglich und gehen in eine kugelige Ruheform über. Diese Formveränderung ist charakteristisch für Hydrogenimonas thermophila und kann zur Unterscheidung von anderen Arten herangezogen werden. Die Bakterien leben bei gemäßigter (mesophil) oder hoher (thermophil) Temperatur. Die Vermehrung findet bei Temperaturen zwischen 35 und 65 °C (Optimum 55 °C) und einen pH-Wert von 4,9 bis 7,2 (Optimum 5,9) statt. Unter guten Bedingungen teilen sich die Bakterien alle 70 Minuten.

Stoffwechsel

Zur Energiegewinnung wird Wasserstoff oxidiert. Auch elementarer Schwefel oder Thiosulfat kann als Elektronendonor dienen. Als Elektronenakzeptor kann es molekularen Sauerstoff, Nitrate oder elementaren Schwefel verwenden. Als Kohlenstoffquelle dient Kohlendioxid. Nitrate und Ammonium werden als Stickstoffquelle verwendet, Nitrite und molekularer Stickstoff nicht. Wenn Nitrate als einziges Oxidationsmittel vorhanden waren, so wurde von Hydrogenimonas thermophila Nitrat verbraucht und Ammonium produziert. Hydrogenimonas thermophila wächst nicht unter normalen, heterotrophen Bedingungen. Takai et al. testeten Hefeextrakt, Pepton, Tryptophan, verschiedene organische Säuren und Zucker ohne Erfolg.

Zusammensetzung

Durch Extraktion und Erzeugung von Fettsäuremethylestern konnte der Anteil verschiedener Fettsäuren bestimmt werden:

• C 11:0 2,2%
• C 12:0 3,0%
• C 14:0 4,7%
• 3-OH-C 14:0 2,8%
• C 16:0 37,4%
• C 16:1 28,8%
• C 18:0 1,0%
• C 18:1 20,0%

Die Zusammensetzung ähnelt der von Sulfurimonas autotrophica.

Kultur

Die Gewinnung der Proben erfolgte mit dem speziell für diesen Zweck entwickelten in-situ colonization system. Dabei wurde ein Stahlrohr mit 5 mm großen Löchern und einem porösen Bimsstein-Substrat gefüllt drei Tage lang in einem schwarzen Raucher deponiert. Das Wasser dieser Unterseequelle hatte eine Austrittstemperatur von über 250 °C. Das Rohr wurde dann mit einem Unterseeboot geborgen und das Material mit sterilisiertem, synthetischem Seewasser unter Zusatz von Natriumsulfid unter einer Stickstoffatmosphäre transportiert. Die weitere Kultivierung erfolgte im MMJHS-Medium unter einem Gas aus Wasserstoff (80 %), Kohlendioxid (19 %) und Sauerstoff (1 %) bei 55 °C. Bei mehr als 2 % Sauerstoff erfolgte kein Wachstum mehr. Die Bakterien sind also anaerob bis mikroaerob. Eine hohe Kalziumkonzentration fördert das Wachstum.

Resistenz

Hydrogenimonas thermophila ist sensibel gegenüber verschiedenen Antibiotika. Takai et al. testen Chloramphenicol, Streptomycin, Kanamycin, Ampicillin und Rifampicin.

Systematik

Der folgenden Liste der Arten der Gattung Hydrogenimonas liegen als Quellen zugrunde:

L – List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN)

N – National Center for Biotechnology Information (NCBI)

G – Genome Taxonomy Database (GTDB)

W – World Register of Marine Species (WoRMS)

Die Liste folgt dabei in erster Linie der LPSN, mit Ergänzungen nach der Taxonomie des NCBI und der GTDB (Stand 16. Januar 2024):

Familie Hydrogenimonadaceae Waite et al. 2020^(L,N) „Hydrogenimonaceae“ Garrity et al. 2004^(L)

• Gattung Hydrogenimonas, Takai et al. 2004^(L,N) bzw. Takai, Nealson & Horikoshi, 2004^(W) oder Takai et al. 2004 emend. Mino et al. 2023^(N)
  • Spezies Hydrogenimonas cancrithermarum Mino et al. 2023^(L,N)
    inkl. Hydrogenimonas sp. ISO32^(N)
    • Referenzstamm ISO32^(L,N) alias JCM:39185 oder KCTC:25252^(L,N)
  • Spezies Hydrogenimonas thermophila Takai et al. 2004^(L,N) bzw. Takai, Nealson & Horikoshi, 2004^(W) (Typus)^(L,G)
    • Referenzstamm EP1-55-1%^(L,N) (mit Schreibvariante EP1-55-1^(G)) alias ATCC:BAA-737 oder JCM:11971^(L,N)
  • Spezies Hydrogenimonas urashimensis Mino et al. 2021^(L,N)
    inkl. Hydrogenimonas sp. SSM-sur55^(N)
    • Referenzstamm SSM-sur55^(G,L,N) alias JCM:19825 oder KCTC:15926^(L,N)
  • Spezies Hydrogenimonas sp. RS_Sur55-1^(N)
    • Referenzstamm RS_Sur55-1^(N)
  • Spezies Hydrogenimonas sp003945285 syn. Hydrogenimonas sp. MAG^(N)
    • Referenzstamm MAG (NCBI-Zugriffsnummer AP019005.1)
  • Spezies Hydrogenimonas sp003978765^(G) syn. Hydrogenimonas sp. isolate MAG 80^(N)
    • Referenzstamm MAG 80^(G,N)
  • Spezies Hydrogenimonas sp013153475^(G) syn. Campylobacterota bacterium isolate L_MetaBat.201^(N)
    • Referenzstamm L_MetaBat.201^(G,N)
  • Spezies Hydrogenimonas sp015484905^(G) syn. Hydrogenimonas sp. isolate S139_75_esom^(N)
    inkl. Hydrogenimonas sp. isolate S012_119^(N)
    • Referenzstamm S139_75_esom^(G,N)
  • Spezies Hydrogenimonas sp015490295^(G) syn. Hydrogenimonas sp. isolate S141_77^(N)
    • Referenzstamm S141_77^(G,N)
  • Spezies Hydrogenimonas sp015494675^(G) syn. Hydrogenimonas sp. isolate S143_79^(N)
    • Referenzstamm S143_79^(G,N)
  • Spezies Hydrogenimonas sp021647345^(G) syn. Hydrogenimonas sp. isolate D100SM.bin.28^(N)
    • Referenzstamm D100SM.bin.28^(G,N)

Etymologie

Der Gattungsname Hydrogenimonas leitet sich ab von neulateinisch hydrogenum ‚Wasserstoff‘ (wörtlich ‚Wasser erzeugend‘ – zusammen mit Sauerstoff – altgriechisch ὕδωρ húdōr & γεννάω gennaō), sowie lateinisch monas ‚Einheit‘, ‚Einzeller‘. Hydrogenimonas deutet also auf einen Wasserstoff-verstoffwechselnden Einzeller hin.

Das Art-Epitheton thermophila setzt sich zusammen aus altgriechisch θερμός thermós, deutsch ‚warm‘, „heiß“ und der femininen Form phila von neulateinisch philus ‚Freund‘, ‚liebend‘ (aus altgriechisch φίλος philos, deutsch ‚liebend‘). thermophila ist bedeutet also eine hitzeliebende (Bekterienart).

Literatur

• George M. Garrity (Hrsg.): Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. 2. Auflage, Band 2: The Proteobacteria. Part C: The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteabacteria. Springer, New York 2005, ISBN 0-387-24145-0 (englisch).

Einzelnachweise

1. 1 2 3 4 5 Ken Takai, Kenneth H. Nealson, Koki Horikoshi: Hydrogenimonas thermophila gen. nov., sp. nov., a novel thermophilic, hydrogen-oxidizing chemolithoautotroph within the epsilon-Proteobacteria, isolated from a black smoker in a Central Indian Ridge hydrothermal field. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 54, Nr. 1, 1. Januar 2004, ISSN 1466-5026, S. 25–32, doi:10.1099/ijs.0.02787-0, PMID 14742455 (englisch). 
2. 1 2 Ken Takai, Fumio Inagaki, Satoshi Nakagawa, Hisako Hirayama, Takuro Nunoura: Isolation and phylogenetic diversity of members of previously uncultivated epsilon-Proteobacteria in deep-sea hydrothermal fields. In: FEMS microbiology letters. Band 218, Nr. 1, 21. Januar 2003, ISSN 0378-1097, S. 167–174, doi:10.1111/j.1574-6968.2003.tb11514.x, PMID 12583914 (englisch). 
3. ↑ Ken Takai, Yoshihiro Fujiwara: Hydrothermal vents: biodiversity in deep-sea hydrothermal vents. In: G. Bitton (Hrsg.): Encyclopedia of Environmental Microbiology. 15. Januar 2002, S. 1604–1617, doi:10.1002/0471263397.env238 (englisch). 
4. 1 2 LPSN: Genus Hydrogenimonas Takai et al. 2004.
5. ↑ NCBI Taxonomy Browser: Hydrogenimonas, Details: Hydrogenimonas Takai et al. 2004, homotypic synonym: Hydrogenimonas Takai et al. 2004 emend. Mino et al. 2023 (species).
6. ↑ GTDB: g__Hydrogenimonas.
7. ↑ WoRMS: Hydrogenimonas Takai, Nealson & Horikoshi, 2004 (Genus).
8. ↑ Sayaka Mino, So Fukazawa, Jiro Tsuchiya, Jesse C. McNichol, Stefan M. Sievert, Shogo Yamaki, Yasuhiro Ando, Tomoo Sawabe: Hydrogenimonas cancrithermarum sp. nov., a hydrogen- and thiosulfate-oxidizing mesophilic chemolithoautotroph isolated from diffuse-flow fluids on the East Pacific Rise, and an emended description of the genus Hydrogenimonas. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 73, Nr. 11, 3. November 2023, ISSN 1466-5026; doi:10.1099/ijsem.0.006132, PMID 37921642, ResearchGate:375324258 (englisch).
9. ↑ Sayaka Mino, Taiki Shiotani, Satoshi Nakagawa, Ken Takai, Tomoo Sawabe: Hydrogenimonas urashimensis sp. nov., a hydrogen-oxidizing chemolithoautotroph isolated from a deep-sea hydrothermal vent in the Southern Mariana Trough. In: Systematic and applied microbiology. Band 44, Nr. 1, Januar 2021, ISSN 1618-0984, S. 126170; doi:10.1016/j.syapm.2020.126170, PMID 33340909, Epub: 3. Dezember 2020 (englisch).
10. ↑ LPSN: Species Hydrogenimonas thermophila Takai et al. 2004.